
- •Саратовский государственный технический университет расчет балки-стенки методом конечных разностей
- •Расчет балки-стенки
- •Введение
- •Цель работы
- •Задание на работу
- •Теоретическая часть
- •Для контурных значений на левой, правой и нижней грани из равенства следует , для верхней грани балки-стенки, рис. 5,а,
- •Сетка узлов мкр аналогична сетке с рис. 5,б. Формулы для изгибающего момента в верхнем стержне эквивалентной рамы и продольной силы в левом и правом стержнях будут
- •В связи с этим переходим к использованию расчетной схемы рис.11,б,
- •Сетка узлов мкр аналогична сетке с рис. 5,б.
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Приложение инструкция к программе «beam» расчета балки-стенки методом конечных разностей
- •Контрольные примеры балка-стенка, мкр, «рамная» аналогия
- •Литература
Сетка узлов мкр аналогична сетке с рис. 5,б. Формулы для изгибающего момента в верхнем стержне эквивалентной рамы и продольной силы в левом и правом стержнях будут
(25)
В
левом, нижнем и правом стержне эквивалентной
рамы
в нижнем и верхнем
стержнях
Заменяем
формулу (14), использовавшуюся в примере
с рис. 5,а, на формулу (25) и с использованием
рассмотренной выше методики расчета
МКР
получает результаты, приведенные в
табл. 3 при соотношении
Таблица 3
-
N
4*4
8*8
16*16
32*32
Данные
(L/2,-h/2)
-2.072
-4.330
-8.935
-18.170
-3.19
(L/2,h/2)
1.723
2.189
2.230
2.224
2.07
(L/4,0)
0.526
0.679
0.755
0.777
---
(L/2,-h/2)
-4.0
-8.0
-16.0
-32.0
---
Анализ результатов табл. 3 показывает, что при расчете МКР балок-стенок на действие сосредоточенной силы Р никакой сходимости решения по величинам и в точке действия Р нет, а результаты для данной точки неудовлетворительны.
В связи с этим переходим к использованию расчетной схемы рис.11,б,
когда
сила Р
распределяется
по площадке длиной
,
что эквивалентно
действию по данной площадке распределенной
нагрузки
(26)
где
толщина балки-стенки.
В данном случае задача расчета балки-стенки
сводится к учету действия распределенной
нагрузки
,
имеющей координаты
начала
и окончания
При этом возможно использовать формулы
(21) и всю методику расчета, изложенную
в первом примере. Численные эксперименты
показали, что площадки распределения
сосредоточенной силы по длине следует
брать не менее
(одной
десятой части длины балки-стенки).
В табл. 4 приведены результаты расчета балки-стенки, рис. 11,б, при
для
различных сеток МКР,
причем величины напряжений
,
,
приводятся в долях
, x=L/2 Таблица 4
-
N
Y
4*4
8*8
16*16
32*32
64*64
-h/2
-5.8831
-8.5683
-11.703
-13.090
-13.380
-h/4
-1.9797
-1.7445
-1.5394
-1.5134
-1.5062
0
0.1602
0.3405
0.3347
0.3362
0.3372
h/4
2.1849
2.3716
2.4187
2.4377
2.4424
h/2
5.1523
5.4404
5.5146
5.5438
5.5500
, x=L/2
-
N
Y
4*4
8*8
16*16
32*32
64*64
-h/2
-3.6
-6.4
-9.6
-10.0
-10.0
-h/4
-2.6853
-3.8496
-4.2205
-4.2814
-4.2970
0
-1.4654
-1.6813
-1.6106
-1.6017
-1.6000
h/4
-0.4620
-0.4480
-0.4084
-0.4036
-0.4028
h/2
0
0
0
0
0
, x=L/4
-
N
Y
4*4
8*8
16*16
32*32
64*64
-h/4
0.9829
1.2536
1.3268
1.3373
1.3390
0
1.2103
1.5026
1.6296
1.6719
1.6824
h/4
0.9171
0.9424
0.8821
0.8510
0.8421
Анализ
данных табл. 4 свидетельствует, что
скорость сходимости МКР
при действии
локальных нагрузок существенно ниже,
чем при расчете на распределенные
нагрузки и данные приближения МКР
с сеткой 8*8
по
существенно меньше
точных значений напряжений. Однако
данные приближения МКР
с сеткой 8*8
можно скорректировать путем учета
коэффициентов увеличения
и
,
получаемых на
основе
данных табл. 5, где
приведены результаты расчета МКР
балок-стенок, рис. 11,б, при различных
значениях отношения
Таблица 5
|
sx (L/2,-h/2) 8*8 |
sx (L/2,-h/2) 32*32 |
s y(L/2,-h/2) 8*8 |
s y(L/2,-h/2) 32*32 |
(L/4,0) 8*8 |
(L/4,0) 32*32 |
0.2 |
-36.660 |
-40.974 |
-6.4 |
-10.0 |
3.641 |
3.746 |
0.3 |
-18.678 |
-22.364 |
-6.4 |
-10.0 |
2.445 |
2.538 |
0.4 |
-11.647 |
-16.053 |
-6.4 |
-10.0 |
1.857 |
1.989 |
0.5 |
-8.568 |
-13.090 |
-6.4 |
-10.0 |
1.503 |
1.672 |
0.6 |
-6.755 |
-11.379 |
-6.4 |
-10.0 |
1.257 |
1.438 |
0.7 |
-5.557 |
-10.264 |
-6.4 |
-10.0 |
1.068 |
1.240 |
0.8 |
-4.714 |
-9.482 |
-6.4 |
-10.0 |
0.913 |
1.066 |
0.9 |
-4.100 |
-8.906 |
-6.4 |
-10.0 |
0.781 |
0.910 |
1.0 |
-3.641 |
-8.460 |
-6.4 |
-10.0 |
0.665 |
0.772 |
Например,
для соотношения
=0.6
с использованием данных табл. 5 можно
вычислить
=1.685,
=1.563.
В связи с этим для балок-стенок, рис. 11,б, при =0.6 величины напряжений в зоне действия эквивалентной силе Р распределенной нагрузки
можно
определить по формулам
Заметим также, что погрешность решения МКР с сеткой 8*8 по величине увеличивается с ростом соотношения , что видно из результатов табл. 4, однако даже при величине =1 погрешности составляют около 15% , что совпадает с погрешностями в табл. 1, 2. Отсюда следует вывод о равных погрешностях определения при расчетах МКР на действие распределенной нагрузки и сосредоточенной силы.
При решении задачи с рис. 11,а по технической теории изгиба балок
что
при взятом в рассматриваемом примере
соотношении габаритов балки-стенки
0.5
дает величины напряжений
6,
1.5.
Сопоставление
данных МКР и результатов сопротивления
материалов показывает, что величины
различаются
в 2.18 раза. Таким образом, при
использовании технической теории изгиба
для балок с высокой стенкой получаются
качественно неверные результаты.
Аналогично тому, как в рассмотренном примере расчета действие сосредоточенной силы Р было заменено на действие распределенной нагрузки по аналогии с примером 2 может быть учтена реальная протяженность площадок опирания балки-стенки, что и продемонстрировано в следующем разделе указаний.
РАСЧЕТ БАЛОК-СТЕНОК, ОПЕРТЫХ ПО КРАЙНИМ ПЛОЩАДКАМ,
НА ДЕЙСТВИЕ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ СИЛ
Рассмотрим
этапы расчета балки-стенки, приведенной
на рис. 12,а, нагруженной силами Р
на верхней
грани и 2Р
на нижней грани. Балка-стенка опирается
по площадкам длиной
по краям нижней грани.
Рис. 12